KR20080012823A

KR20080012823A - 인코더 신호의 위상 보정 회로

Info

Publication number: KR20080012823A
Application number: KR1020077016149A
Authority: KR
Inventors: 다로 기시베; 다카히로 마스다; 히로미 다노우에
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-02-12
Also published as: KR100882400B1; CN101213423A; CN101213423B; US7933373B2; WO2007148461A1; TW200801535A; DE112007000005T5; DE112007000005B4; TWI413780B; US20100091926A1; JP4453758B2; JPWO2007148461A1

Abstract

AD 변환기의 출력 신호인 A1 신호와 B1 신호의 피크값을 검출하는 피크 검출기와, 검출한 피크값을 이용하여 오프셋 및 진폭의 오차를 보정하여 A2 신호와 B2 신호를 생성하는 오프셋/진폭 보정부와, A상과 B상의 정현파 신호를 위치 데이터로 변환하는 위치 데이터 변환부를 갖는 위치 검출기에 있어서, A2 신호와 B2 신호의 교점값을 검출하는 위상 오차 검출기와 위상 오차 검출기에서 검출한 교점값으로부터 A2 신호와 B2 신호의 보정 계수를 연산하는 위상 보정부를 구비하고, 위상 보정부는 보정 계수를 A2 신호와 B2 신호에 곱하여 A 보정 신호와 B 보정 신호를 생성하고, 또한 A2 신호에 B보정 신호를 가산하고 B2 신호에 A 보정 신호를 가산함으로써 A상 신호와 B상 신호의 위상 오차를 보정한다.

Description

인코더 신호의 위상 보정 회로{PHASE CORRECTION CIRCUIT OF ENCODER SIGNAL}

본 발명은 90도 위상차를 갖는 2상(A상과 B상)의 정현파 신호를 내부 삽입 처리하여 고분해능을 얻는 인코더에 있어서, 2상의 정현파 신호의 위상 오차를 보정하는 방법에 관한 것이다.

회전형(또는 리니어형)의 인코더의 위치 검출은 일반적으로 발광 소자와 수광 소자와, 그 사이에 격자형상의 슬릿을 형성한 회전체(또는 이동체)로 형성되고, 격자형상의 슬릿 간격에 의하여 분해능이 결정된다. 따라서, 분해능을 높이기 위하여, 슬릿 간격을 작게 하는 것이 행해지지만, 가공 정밀도나 광의 회절 현상이 원인으로 이 방법으로 분해능을 올리는 데에는 한계가 있다.

따라서, 최근에는 회전체(또는 이동체)의 슬릿간의 신호와 동기한 90도 위상차가 있는 A, B상의 정현파의 아날로그 신호를 생성하고, 그 아날로그 신호를 내부 삽입 처리한 신호와 상기의 슬릿에 의하여 얻어지는 신호를 합성하여 분해능을 높이는 방법이 일반적으로 행해지고 있다. 그러나, A상과 B상의 정현파 신호는 발광 소자나 수광 소자, 회전체와의 조립 오차나, 시간 경과적 변화나 온도 변화에 의하여 2상의 정현파 신호의 위상차에 오차가 생긴 경우에는 위치 검출 정밀도가 나빠 지기 때문에, 2상의 정현파 신호의 위상 오차를 보정하는 방법이 제안되어 있다.

예를 들어, A상과 B상의 오프셋을 제거한 후에 각 신호의 합과 차의 연산을 행함으로써 A상과 B상의 위상차를 90도로 하는 방법이다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

또한, A상과 B상의 교점으로부터 위상 오차를 구하고, 구한 위상 오차로부터 보정 계수를 연산하며, B상의 위상 오차 제거 변환식을 이용하여 위상을 보정하는 방법이다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).

그러나, 특허 문헌 1의 방법에서는 위상 보정 후의 A상과 B상은 진폭이 서로 변화한다는 과제가 있다. 또한, 원신호의 A상과 B상의 최대값과 최소값을 구하여 오프셋을 보정하고, 위상 보정 후의 신호의 최대값과 최소값을 구하여 진폭을 맞출 필요가 있고, 연산 처리에 시간을 필요로 한다는 과제가 있었다.

한편, 특허 문헌 2의 방법에서는, 위상 오차 δ를 구하여 sinδ와 cosδ에 의하여 원신호(예를 들어, B상)의 위상 오차를 보정하였다. 그러나, sinδ의 연산에 근사 처리를 하기 때문에, 위상 오차가 큰 경우에는 위상 오차의 보정이 올바르게 행해지지 않고, 진폭의 변동도 발생하므로 위치 검출 정밀도에 영향이 나온다는 과제가 있었다.

또한, 테이블을 이용하여 연산하는 경우에 있어서는, sin 연산용과 cos 연산용의 2개의 테이블이 필요하게 된다는 과제가 있었다.

또한, 1상(예를 들어, A상)을 기준으로 B상의 위상을 보정하므로, 내부 삽입 신호와 슬릿간의 신호의 위상에 어긋남이 생기고, 위상 오차가 큰 경우에는 합성에 문제가 생긴다는 과제가 있었다.

[특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001－296142호]

[특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 평9－42995호]

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 인코더 신호의 위상 보정 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 인코더 신호의 위상 보정 회로를 포함하는 위치 검출기는, 90도 위상차를 갖는 A상과 B상의 정현파 신호를 디지털 데이터로 변환하여 A1 신호와 B1 신호를 생성하는 AD 변환기와, A1 신호와 B1 신호의 피크값을 검출하는 피크 검출기를 가진다. 또한, 위치 검출기는 피크 검출기에서 검출한 피크값을 이용하여 오프셋 및 진폭의 오차를 보정하여 A2 신호와 B2 신호를 생성하는 오프셋/진폭 보정부와, A상과 B상의 정현파 신호를 위치 데이터로 변환하는 위치 데이터 변환부를 가진다. 이 위치 검출기에 있어서, 본 발명의 인코더 신호의 위상 보정 회로는, A2 신호와 B2 신호의 교점값을 검출하는 위상 오차 검출기와, 위상 오차 검출기에서 검출한 교점값으로부터 A2 신호와 B2 신호의 보정 계수를 연산하는 위상 보정부를 구비한다. 위상 보정부는 보정 계수를 A2 신호와 B2 신호에 곱하여 A 보정 신호와 B 보정 신호를 생성하고, 또한, A2 신호에 B 보정 신호를 가산하고 B2 신호에 A 보정 신호를 가산함으로써 A상과 B상의 위상 오차를 보정한다.

또한, 본 발명의 위상 오차 검출기는 A1 신호의 피크값을 검출한 점에서 B2 신호의 값을 검출, B1 신호의 피크값을 검출한 점에서 A2 신호의 값을 검출하여 위상 오차를 보정할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1의 인코더 회로의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시 형태 1의 신호 파형의 설명도이다.

도 3은 본 발명의 실시 형태 1의 신호 파형의 설명도이다.

도 4는 본 발명의 실시 형태 1의 신호 파형의 설명도이다.

도 5는 본 발명의 실시 형태 1의 신호 파형의 설명도이다.

도 6은 본 발명의 실시 형태 1의 신호 파형의 설명도이다.

도 7은 본 발명의 실시 형태 2의 신호 파형의 설명도이다.

도 8은 본 발명의 실시 형태 2의 신호 파형의 설명도이다.

도 9는 본 발명의 실시 형태 3의 신호 파형의 설명도이다.

도 10은 본 발명의 실시 형태 4의 신호 파형의 설명도이다.

도 11은, 본 발명의 실시 형태 5의 인코더 회로의 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : AD 변환기

4 : 오프셋/진폭 보정부

6 : 위상 보정부

7 : 위상 오차 검출기

8 : 진폭 보정부

9 : 위상 보정 회로

10 : 위치 데이터 변환부

13 : 위상 오차 보정량

14, 14d : 내부 삽입의 각도 데이터 θIP

15 : 피크 검출기

16 : 최대값·최소값 신호

17a, 17b : A상, B상의 논리 신호

18 : 최대값·최소값 검출 트리거 신호

A0, B0 : A상, B상의 아날로그원 신호

A1, B1 : 디지털 변환 후의 A상, B상 신호

A2, B2 : 오프셋/진폭 보정 후의 A상, B상 신호

A3, B3 : 위상 보정 후의 A상, B상 신호

A4, B4 : 진폭 보정 후의 A상, B상 신호

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.

(실시 형태 1)

본 발명의 인코더 신호의 위상 보정 회로에 대하여, 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한다. 도 1은 인코더 신호 처리 회로의 블록도, 도 2 내지 도 6은 위상 오차 검출의 동작 파형을 나타낸다.

도 1에 있어서, 인코더로부터 출력되는 원신호에서 아날로그인 A0 신호와 B0 신호는, 90도 위상차가 있는 A상과 B상의 정현파 신호이다. 인코더는, 일반적으로 발광 소자와 수광 소자와 슬릿판으로 구성된다.

발광 소자는 LED나 레이저광, 수광 소자는 포토 다이오드나 포토 트랜지스터가 이용된다. 슬릿판은 광을 투과하는 글래스나 수지재로 되어 있고, 슬릿판 상에 광을 차단하는 격자형상의 마스크를 설치한다. 발광 소자로부터의 광은 슬릿판을 통하여 수광 소자가 투과한 광을 받도록 배치하고, 슬릿판은 인코더의 회전체에 설치되어 있기 때문에, 회전하면 정현파의 파형이 수광 소자로부터 출력하도록 슬릿판의 격자형상의 형태가 형성되어 있다.

AD 변환기(2)는 인코더로부터 출력되는 아날로그 신호의 A0 신호, B0 신호를 디지털 신호로 변환한다. 인코더로부터 출력되는 아날로그 신호의 진폭은 수 100mV이기 때문에, 증폭기 등을 이용하여 수십배로 증폭하여 AD 변환기(2)의 입력 레인지에 맞춘 전압으로 변환하여 이용하면 디지털 신호의 정밀도를 높게 할 수 있다.

피크 검출기(15)는 AD 변환기(2)의 출력 신호인 A1 신호, B1 신호의 피크값을 검출한다. 피크값의 검출 방법은 A1 신호의 전회 샘플링에서의 값과 금회 샘플링에서의 값을 비교하고, 금회 샘플링에서의 값이 큰 경우에 그 값을 유지하고, 이 동작을 A1 신호의 정현파인 0 내지 180도 구간에서 행함으로써 최대값을 검출할 수 있다.

최소값에 대하여도 마찬가지로 전회 샘플링에서의 값과 금회 샘플링에서의 값을 비교하고, 금회 샘플링에서의 값이 작은 경우에 그 값을 유지하고, 이 동작을 A1 신호인 180 내지 360도 구간에서 행함으로써 최소값을 검출할 수 있다. 90도 위상이 어긋난 B1 신호에 대하여도 검출 동작 구간을 90도 어긋나게 하여 동일한 처리를 행함으로써 최대값과 최소값을 검출할 수 있다.

오프셋/진폭 보정부(4)는 피크 검출기(15)에서 검출한 최대값·최소값 신호(16)를 이용하여 A1 신호, B1 신호의 오프셋 제거와 진폭의 정규화를 행한다.

A1 신호와 B1 신호의 오프셋(OS＿DETa, OS＿DETb)은 최대값·최소값 신호(16)를 이용하여 식 1로부터 구할 수 있다. 또한, 보정하는 오프셋값을 OS＿LEVEL, 오프셋 제거 후의 신호를 A1d 신호와 B1d 신호로 하면, 식 2에 의해 오프셋을 제거할 수 있다.

A1 신호와 B1 신호의 진폭값(PP＿DETa, PP＿DETb)에 대하여도 최대값·최소값 신호(16)를 이용하여 식 3에서 구할 수 있다. 또한, 진폭의 정규화하는 크기를 K로 하면, 식 4로부터 오프셋과 진폭의 오차를 보정한 A2 신호와 B2 신호로 구할 수 있다.

다음에, 본 발명의 위상 보정 회로(9)의 동작에 대해 설명한다. 위상 보정 회로(9)는 위상 보정부(6)와, 위상 오차 검출기(7)로 구성되어 있다. 오프셋/진폭 보정된 A2 신호, B2 신호의 위상 오차를 위상 오차 검출기(7)에서 검출한다. 그리고, 위상 오차 검출기(7)에서 검출한 오차량에 의거하여 위상 보정부(6)에서 A2 신호, B2 신호의 위상 오차를 보정하는 A 보정 신호, B 보정 신호를 이용하여, 90도의 위상차를 가진 A3 신호, B3 신호를 출력하는 역할을 행한다.

이 동작의 상세를 도 2 내지 도 4를 이용하여 상세하게 설명한다. 도 2는 위상 오차가 없는 경우의 A2 신호, B2 신호를 나타내고 있다. 오프셋/진폭 보정 수단(4)에서 진폭은 크기 K로 정규화했으므로 A2 신호, B2 신호의 진폭은 K가 된다.

위상 오차 검출기(7)는 A2 신호, B2 신호의 교점에서의 진폭의 크기를 검출하고, 그 교점값으로부터 위상 보정량을 연산 처리하여 도출한다. 도 2는 위상 오차가 없는 경우의 예이며, 이 때의 A2 신호, B2 신호의 교점은 π/4 라디안, 5π/4 라디안에서 교차하고, 그 교점에서의 진폭의 크기는 Ksin(π/4), Ksin(5π/4)가 된 다. 이 때의 위상 보정량은 0이 된다.

도 3은, A2 신호를 기준으로 하여 B2 신호의 위상만이 α라디안 진행된 B2d 신호가 되고 있는 예이다. A2 신호, B2d 신호는 식 5와 같이 나타낼 수 있다. 이 때의 A2 신호, B2d 신호와의 교점은 (π/4－α/2) 라디안, (5π/4－α/2) 라디안에서 교차하고, 그 교점에서의 진폭의 크기는 Ksin(π/4－α/2), Ksin(5π/4－α/2)가 된다.

서로의 크기는 동일하기 때문에 C45=Ksin(π/4－α/2), C225=Ksin(5π/4－α/2)로 하면, 위상 오차 α/2는 식 6에서 구할 수 있다. 또한, 식 6은 A2 신호를 기준으로 하여 B 보정 신호를 구했기 때문에, 아크 sin의 식에 의하여 계산되지만, B2d 신호를 기준으로 하여 아크 cos의 식에 의하여 구할 수 있는 것은 분명하다.

또한, 위상 보정부(6)는 식 7, 식 8에 의거하여 위상 오차를 보정할 수 있다. 여기서, Kp1, Kp2는 A 보정 신호, B 보정 신호를 얻기 위한 위상 보정 게인이며, A3 신호와 B3 신호의 위상차가 90도가 되도록 위상 보정 게인을 설정한다.

다음에, Kp1 및 Kp2의 구하는 방법에 대해 설명한다.

식 7에 있어서, θ=－α/2일 때에 A3 신호가 0이 되도록 하면 좋기 때문에, Kp1은 식 9로부터 구할 수 있다.

또한, 동일하게 하여 식 8에 있어서, θ=π/2－α/2일 때에 B3 신호가 0이 되도록 하면 좋기 때문에, Kp2는 식 10으로부터 구할 수 있다.

식 9 및 식 10에서 구한 Kp1 및 Kp2는 동일한 식으로 나타낼 수 있기 때문에, Kp=Kp1=Kp2가 되고 계산 처리의 부하는 반이 된다. A2 신호, B2 신호(B2d 신호)는 식 6에서 α/2를 구하고, 식 9 또는 식 10에서 위상 보정 게인을 구하며, 식 7 및 식 8을 이용함으로써 위상의 어긋남을 보정한 A3 신호, B3 신호를 얻을 수 있다.

다음에, 위상을 보정한 A3 신호, B3 신호의 크기에 대해 설명한다. 식 7과 식 8의 진폭의 최대값은 각각 θ=π/2－α/2, θ=－α/2의 점이기 때문에, 이것을 식 7 및 식 8에 대입하면 A3 신호, B3 신호는 식 11 및 식 12가 되고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 동일한 크기로 보정을 행할 수 있다. 2상 신호의 1주기 내에서는 교점이 2개 존재하므로 각각의 교점에서 구한 Kp를 평균 처리하여 사용해도 좋다.

다음에, 위치 데이터 변환 수단(10)에 대해 설명한다. 90도 위상차가 있는 A3 신호, B3 신호를 이용하여 식 13을 이용하면 내부 삽입의 각도 데이터 θIP(14)로 용이하게 변환 가능하다.

A3 신호, B3 신호는 위상 보정의 양에 상관없이 진폭의 상대비는 동일해지므로, 진폭 보정을 행하지 않고 위치 데이터를 구할 수 있다.

여기서, 위상의 보정을 2상으로 행하는 방법의 유효성에 대하여, 도 5, 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 동작 파형, 도 6은 1상을 고정하여 1상 만의 위상을 보정한 경우의 동작 파형을 나타내고 있다.

도 5의 A2 신호, B2d 신호는 위상 보정 전의 2상 신호, A3 신호, B3 신호는 위상 보정 후의 2상 신호를 나타내고 있다. 도 6의 A2 신호, B2d 신호는 위상 보정 전의 2상 신호, B3 신호는 A2 신호의 위상을 기준으로 하여 B2d 신호의 위상을 보정한 신호를 나타내고 있다. 논리 신호(17a), 논리 신호(17b)는 A2 신호, B2d 신호의 0을 기준으로 한 플러스 마이너스의 직사각형파 출력으로, 상위의 디지털 데이터를 나타내고 있고, 이 펄스수를 카운트함으로써 위치를 검출할 수 있다. 내부 삽입의 각도 데이터 θIP(14)는 2상의 A3 신호, B3 신호로부터 구한 것이고, 상위의 디지털 데이터와 합성함으로써 1회전의 분해능이 정해진다.

상위의 디지털 데이터와 내부 삽입의 각도 데이터 θIP(14)는 위상 오차를 0으로 하는 것은 곤란하기 때문에, 위상을 어긋나게 할 수 있고, 예를 들어 논리 신호(17b)의 상승 에지에서 상위의 데이터를 카운트하고, 내부 삽입의 각도 데이터 θIP(14)와의 합성시에 어긋남분을 보정하는 구성으로 되어 있다. 어긋남분의 보정은 도 5, 도 6의 지연 여유 구간에서 상위 카운트값에 ＋1 또는 -1로 함으로써 용이하게 보정할 수 있다.

내부 삽입의 각도 데이터 θIP(14)는 AD 컨버터의 검출 지연, 내부 삽입 처리의 연산 지연이 있으므로, 실제로는 내부 삽입의 각도 데이터 θIP(14)는 14d와 같이 된다. 도 6과 같이 1상만을 위상 보정한 경우에는 지연 여유의 마진이 없어지고, A2 신호와 B2d 신호의 위상 오차가 큰 경우에는 상위의 디지털 데이터와 내부 삽입 데이터의 합성을 할 수 없게 된다.

도 5와 같이 2상 모두 보정함으로써 지연 여유의 마진을 벌 수 있기 때문에, 위상 오차가 큰 경우에도 본 발명의 위상 보정 회로(9)를 이용하면 보정 가능해진다.

상기 설명에서는 아날로그원 신호의 A0 신호 및 B0 신호의 오프셋 보정과 진폭 보정을 행한 후에 행하는 구성에 대해 설명하였다. 그러나, A0 신호 및 B0 신호가 아날로그 회로에서 오프셋 보정 및 진폭 보정되어 있는 회로 구성이면, AD 변환기(2)에서 검출한 신호 A1, 신호 B1을 본 발명의 위상 보정 회로에 입력하여 위상 보정을 행하는 회로 구성으로 할 수 있다.

이상과 같이, 실시 형태 1의 회로 구성과 연산 처리에 의하여, 시간 경과적 변화나 온도 변화, 제조 상의 불균일, 노이즈에 강한 고분해능의 인코더를 얻을 수 있다.

또한, 90도 위상차를 갖는 2상의 정현파 신호의 위상 오차를 2상의 진폭비가 동일해지도록 위상을 보정하므로, 위상 보정 후의 2상의 신호로부터 용이하게 위치를 연산할 수 있다.

또한, 90도 위상차를 갖는 2상의 정현파 신호의 위상 오차를 각각 보정하므로, 내부 삽입 신호와 슬릿간의 신호와의 위상 오차를 작게 할 수 있고, 위상 오차가 큰 경우에도 대응할 수 있다. 또한, 2상의 정현파 신호의 위상 보정 계수는 각각 동일한 것을 사용할 수 있기 때문에, 위상 보정 계수를 구하는 연산 처리는 간단하고 쉽게 구성할 수 있다.

(실시 형태 2)

도 7과 도 8을 이용하여 본 발명의 실시 형태 2에 대해 설명한다. 실시 형태 1과 상이한 것은 위상 오차 검출기(7)의 오차 검출에 있어서, 2상 신호의 한 쪽의 반전 신호를 이용하는 점이며 이것에 대해 설명한다.

도 7은 도 2와 동일하게 오프셋 보정과 진폭 보정된 A2 신호, B2 신호의 파형을 나타내고 있다. 도 2와 상이한 것은 B2 신호의 반전 신호를 생성하고, A2 신호와의 교점 C135, C315가 존재하는 것이다.

도 8은 A2 신호와 B2 신호 중 B2 신호의 위상이 α라디안 진행된 B2d 신호가 된 경우를 상정하고 있다. 여기서, 교점 C45, C225는 실시예 1과 동일한 구성으로 검출할 수 있으므로, C135와 C315의 검출 방법에 대해 설명한다.

A2 신호와 B2d 신호의 반전 신호와의 교점은 (3π/4－α/2) 라디안, (7π/4－α/2) 라디안에서 교차하고, 그 교점의 크기는 Ksin(3π/4－α/2), Ksin(7π/4－α/2)가 된다. 서로의 크기는 동일하기 때문에 C135=Ksin(3π/4－α/2), C315=Ksin(7π/4－α/2)로 하면, 위상 오차 α/2는 식 14에서 산출하여 Kp를 구할 수 있다.

2상 신호의 1주기 내에서는 교점이 4개 존재하므로, 각각의 교점에서 구한 Kp를 평균 처리하여 사용해도 좋다.

이상과 같이, 실시예 2의 신호 검출 처리와 연산 처리로부터, 90도 위상차를 갖는 2상의 정현파 신호의 위상 오차를 보정할 수 있으므로, 시간 경과적 변화나 온도 변화, 제조상의 불균일, 노이즈에 강한 고분해능의 인코더를 얻을 수 있다.

(실시 형태 3)

도 9를 이용하여 본 발명의 실시 형태 3에 대해 설명한다. 실시 형태 1, 2와 상이한 것은 위상 오차 검출기(7)의 오차 검출 포인트에 2상 신호의 피크값을 이용하는 점이며 이것에 대해 설명한다.

도 9는 도 3과 동일하게 오프셋 보정과 진폭 보정된 A2 신호와 B2d 신호의 파형을 나타내고 있고, B2d 신호는 이상적인 B2 신호로부터 α라디안 위상이 어긋나 있는 경우이다.

위상 오차의 검출점은 A2 신호와 B2d 신호의 피크값을 검출하는 점이며, 이것은 피크 검출기(15)에 의해 피크점이 동일한 A1 신호와 B1 신호로부터 검출할 수 있다. A2 신호와 B2d 신호가 90도 위상차의 이상적인 2상 신호이면, 신호의 피크점에서의 다른 한 쪽의 신호는 0이 되지만, 위상 오차가 있는 경우에는 0은 되지 않고, 도 9에서의 C90의 점에서는 Ksin(π/2＋α)가 된다. 이제부터 위상 오차 α/2는 식 15로부터 산출하여 Kp를 구할 수 있다.

C180, C270, C360의 점으로부터도 동일하게 하여 위상 오차α/2를 구할 수 있다. 2상 신호의 1주기 내에서는 피크점이 4개 존재하므로, 각각의 피크점에서 구한 Kp를 평균 처리하여 사용해도 좋다.

이상과 같이 실시 형태 3의 신호 검출 처리와 연산 처리로부터, 90도 위상차를 갖는 2상의 정현파 신호의 위상 오차를 보정할 수 있으므로, 시간 경과적 변화나 온도 변화, 제조상의 불균일, 노이즈에 강한 고분해능의 인코더를 얻을 수 있다.

(실시 형태 4)

도 10을 이용하여 본 발명의 실시 형태 4에 대해 설명한다. 실시 형태 1 내지 3까지와 상이한 것은 위상 오차 검출기(7)의 오차 검출 포인트에 2상 신호의 제로 크로스를 이용하는 점이며 이것에 대해 설명한다.

도 10은 도 3과 동일하게 오프셋 보정과 진폭 보정된 A2 신호와 B2d 신호의 파형을 나타내고 있고, B2d 신호는 이상적인 B2 신호로부터 α라디안 위상이 어긋나 있는 경우이다. 위상 오차의 검출점은 A2 신호와 B2d 신호가 0이 되는 점(제로 크로스)이다.

A2 신호와 B2d 신호가 90도 위상차의 이상적인 2상 신호이면, 신호의 제로 크로스점에서의 다른 한 쪽의 신호는 오프셋/진폭 보정 수단(4)에서 정규화한 K와 동일해지지만, 위상 오차가 있는 경우에는 K와 동일하게 되지 않고, 도 10에서의 C90의 점에서는 Ksin(π/2－α)가 된다. 이로부터, 위상 오차 α/2는 식 16으로부터 산출할 수 있다.

C90의 점에서 B2d 신호는 대칭성을 가지고 있기 때문에, 위상 오차가 α인 경우에서도 -α인 경우에서도 동일한 크기가 된다. 위상의 진행/지연은, 위상 오차가 없는 A2 신호와 B2 신호의 교점을 기준값으로 하면, A2 신호와 B2d 신호의 교점값과 기준값과의 대소 비교로 검출할 수 있다. 교점값＞기준값일 때에는 위상 지연이 되고, 교점값＜기준값일 때에는 위상 진행이 된다.

또한, A2 신호의 피크점에서의 B2d의 값, B2d 신호의 피크점에서의 A2 신호의 값으로부터도 위상의 진행/지연을 검출할 수 있다. 예를 들어, A2 신호의 최대값의 점에서 B2d 신호가 마이너스가 되는 경우에는 위상이 진행되고 있고, 플러스인 경우에는 위상이 지연된다. 또한, A2 신호의 최소값의 점에서 B2d 신호가 플러스가 되는 경우에는 위상이 진행되고 있고, 마이너스가 되는 경우에는 위상이 지연되고 있다. B2d 신호의 피크점에서의 A2 신호의 값으로부터도 동일하게 위상의 진행/지연을 검출할 수 있다.

이 구성에 의하여 Kp를 구할 수 있다. C180, C270, C360의 점으로부터도 동일하게 하여 위상 오차 α/2를 구할 수 있다. 2상 신호의 1주기 내에서는 제로 크로스점이 4개 존재하므로, 각각의 제로 크로스점에서 구한 Kp를 평균 처리하여 사용해도 좋다.

이상과 같이, 실시 형태 4의 신호 검출 처리와 연산 처리로부터, 90도 위상차를 갖는 2상의 정현파 신호의 위상 오차를 보정할 수 있으므로, 시간 경과적 변화나 온도 변화, 제조상의 불균일, 노이즈에 강한 고분해능의 인코더를 얻을 수 있다.

(실시 형태 5)

도 11을 이용하여 본 발명의 실시 형태 5에 대해 설명한다. 실시 형태 1 내지 4와 상이한 것은 위상 보정 후에 진폭 보정부(8)에 의하여 재차 진폭을 보정하고, 위치 데이터 변환부(10)에 의하여 내부 삽입의 각도 데이터 θIP(14)를 구하고 있는 점이며, 이것에 대해 설명한다.

위상 보정 후의 A3 신호, B3 신호는 진폭 보정 후의 A2 신호, B2 신호에 대하여 진폭이 변화한다. 변화량은 위상 오차 α의 크기로 변화하고, 상기에서 설명한 바와 같이, 식 7, 식 8 또는 식 11, 식 12가 된다. 식 7에서 θ＋α/2=π/2 때 A3 신호는 최대값이 되고, 식 17과 같이 나타낼 수 있다. 진폭을 정규화 후의 크기 K로 되돌리기 위한 진폭 보정 게인 Ka로 하면, 진폭 보정 후의 A4 신호, B4 신호는 식 18에 의하여 구할 수 있다. 식 17과 식 18로부터 진폭 보정 게인 Ka는 식 19가 된다.

이상과 같이, 위상 보정 후에 진폭 보정 수단을 추가한 실시 형태 5에 의하면, 90도 위상차를 갖는 2상의 정현파 신호의 위상 오차를 보정할 수 있으므로, 시간 경과적 변화나 온도 변화, 제조상의 불균일, 노이즈에 강한 고분해능의 인코더를 얻을 수 있다. 또한, 위상 보정 계수는 A상, B상 모두 동일한 계수를 사용할 수 있기 때문에, 계산 처리도 간단해진다. 진폭의 변화에 대하여도 위상 보정과 동일한 검출값을 이용하여 진폭 보정 게인을 구할 수 있기 때문에, 내부 삽입 데이터를 용이하게 구할 수 있다.

또한, 실시 형태 1 내지 5까지 2상 신호는 정현파로서 설명했지만, 파형에 변형이 있는 의사 정현파, 삼각파에 대하여도 동일한 구성으로 위상의 보정을 행할 수 있다.

본 발명의 인코더 신호의 위상 보정 회로는 서보 모터 제어 장치에 한정하지 않고, 고분해능의 위치 정보를 얻기 위하여 인코더를 탑재한 장치에 유용하다.

Claims

90도 위상차를 갖는 A상과 B상의 정현파 신호를 디지털 데이터로 변환하여 A1 신호와 B1 신호를 생성하는 AD 변환부와, 상기 A1 신호와 상기 B1 신호의 피크값을 검출하는 피크 검출기와, 상기 피크 검출기에서 검출한 상기 피크값을 이용하여 오프셋 및 진폭 오차를 보정하여 A2 신호와 B2 신호를 생성하는 오프셋/진폭 보정부와, 상기 A상과 상기 B상의 상기 정현파 신호를 위치 데이터로 변환하는 위치 데이터 변환부를 갖는 위치 검출기에 있어서,

상기 A2 신호와 상기 B2 신호의 교점값을 검출하는 위상 오차 검출기와, 상기 위상 오차 검출기에서 검출한 교점값으로부터 상기 A2 신호와 상기 B2 신호의 보정 계수를 연산하는 위상 보정부를 구비하고,

상기 위상 보정부는 상기 보정 계수를 상기 A2 신호와 상기 B2 신호에 곱하여 A 보정 신호와 B 보정 신호를 생성하고, 또한 상기 A2 신호에 상기 B 보정 신호를 가산하고 상기 B2 신호에 상기 A보정 신호를 가산함으로써 상기 A 상과 상기 B 상의 위상 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 인코더 신호의 위상 보정 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 위상 오차 검출기는 상기 A1 신호의 상기 피크값을 상기 위상 오차 검출기가 검출한 점에서 상기 B2 신호의 값을 검출, 상기 B1 신호의 상기 피크값을 검출한 점에서 상기 A2 신호의 값을 검출하는, 인코더 신호의 위상 보정 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 위상 보정부는 상기 A2 신호와 상기 B2 신호의 상기 교점값에 의거하여 연산한 상기 보정 계수와, 상기 위상 오차 검출기에 의해 상기 A2 신호 또는 상기 B2 신호의 부호 반전한 것과 상기 B2 신호 또는 상기 A2 신호의 교점값에 의거하여 연산하여 부호 반전한 보정 계수를 구하고, 2개의 상기 보정 계수를 평균 처리하여 사용하는, 인코더 신호의 위상 보정 회로.
청구항 2에 있어서,

상기 위상 보정부는 상기 위상 오차 검출기가 상기 A2 신호 또는 상기 B2 신호의 최대값을 검출한 점에서 상기 B2 신호 또는 상기 A2 신호의 값을 검출하여 상기 보정 계수를 연산하고, 상기 A2 신호 또는 상기 B2 신호의 최소값을 검출한 점에서 상기 B2 신호 또는 상기 A2 신호 값을 검출하여 부호 반전하고 보정 계수를 연산하며, 각각 구한 상기 보정 계수를 평균 처리하여 사용하는, 인코더 신호의 위상 보정 회로.
청구항 1에 있어서,

상기 위상 보정부는 상기 A2 신호 또는 상기 B2 신호의 상기 교점값으로부터 위상의 진행 지연을 검출하고, 상기 위상 오차 검출기가 상기 A2 신호 또는 상기 B2 신호의 제로와의 교점을 검출한 점에서 상기 B2 신호 또는 상기 A2 신호의 값을 검출하여 상기 보정 계수를 연산하는, 인코더 신호의 위상 보정 회로.
청구항 2에 있어서,

상기 위상 보정부는 상기 A2 신호 또는 상기 B2 신호의 최대값 또는 최소값을 검출한 점에서 상기 B2 신호 또는 상기 A2 신호 값으로부터 위상의 진행 지연을 검출하고, 상기 위상 오차 검출기가 상기 A2 신호 또는 상기 B2 신호의 제로와의 교점을 검출한 점에서 상기 B2 신호 또는 상기 A2 신호 값을 검출하여 상기 보정 계수를 연산하는, 인코더 신호의 위상 보정 회로.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

상기 위상 오차 검출기에서 검출한 위상 오차로부터 진폭 보정 계수를 연산하고, 상기 위상 보정부에 의해 보정된 상기 A상과 상기 B상의 상기 정현파 신호의 진폭을 보정하는, 인코더 신호의 위상 보정 회로.